DE102016012436A1 - Rotor for a wind turbine and wind turbine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rotor (4) für eine Windkraftanlage (1) mit einer Rotornabe (5) und einer Anzahl Rotorstreben (6), die in umfangsgleichen Abständen mit ihrer Strebenwurzel an der Rotornabe (5) befestigt sind und deren Rotorspitzen auf einem Umfangskreis des Rotors (4) liegen. Um den Wirkungsgrad des Rotors (4) und damit der Windkraftanlage (1) zu steigern, weist der Rotor (4) mindestens ein quer zur Längsachse der Rotorstrebe (6) ausgerichtetes Tragelement (9, 10) auf, das zwischen Strebenwurzel und Strebenspitze an der Rotorstrebe (6) befestigt ist. Das mindestens eine Tragelement (9, 10) dient zur Anordnung mindestens einer aerodynamisch wirksamen Luftschaufel (11), die bei Anströmung durch Luft eine Antriebskraft erzeugt. The invention relates to a rotor (4) for a wind power plant (1) with a rotor hub (5) and a number of rotor struts (6) which are fixed at the same distance with their strut root on the rotor hub (5) and their rotor tips on a circumferential circle of Rotor (4) lie. In order to increase the efficiency of the rotor (4) and thus of the wind turbine (1), the rotor (4) at least one transverse to the longitudinal axis of the rotor strut (6) aligned support member (9, 10) between the strut root and strut tip on the Rotor strut (6) is attached. The at least one support element (9, 10) serves to arrange at least one aerodynamically effective air vane (11), which generates a driving force when it flows through air.
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Windkraftanlage mit einer Rotornabe und einer Anzahl Rotorstreben, die in umfangsgleichen Abständen mit ihrer Strebenwurzel an die Rotornabe anschließen und deren Rotorspitzen auf einem Umfangskreis des Rotors liegen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Windkraftanlage mit einem solchen Rotor.The invention relates to a rotor for a wind turbine with a rotor hub and a number of rotor struts, which connect at the same distance with their strut root to the rotor hub and the rotor tips are on a circumferential circle of the rotor. Furthermore, the invention relates to a wind turbine with such a rotor.
Bei der Nutzung regenerativer Energien zur Energieerzeugung gewinnt die Windkraft als Energiequelle eine immer größer werdende Bedeutung. Der Grund hierfür liegt in der Begrenztheit der Primärrohstoffvorkommen, die bei steigendem Energiebedarf zu einer Verknappung und damit einhergehenden Verteuerung der daraus gewonnenen Energie führt. Hinzu kommt, dass Primärrohstoffe bei ihrer Umwandlung in Energie einen beträchtlichen CO2-Ausstoß bedingen, der als Ursache für einen in den letzten Jahren rasch voranschreitenden Klimawandel erkannt worden ist. Auf Seiten der Bevölkerung ist daher ein Bewusstseinswandel hin zur Nutzung regenerativer Energien eingetreten.Wind energy as an energy source is becoming increasingly important in the use of renewable energies for energy production. The reason for this lies in the limited nature of the primary raw material deposits, which leads to a shortage and an associated increase in the price of the resulting energy as energy demand increases. In addition, when converted to energy, primary raw materials cause significant CO 2 emissions, which has been identified as the cause of rapid climate change in recent years. On the part of the population, therefore, there has been a change of consciousness towards the use of regenerative energies.
Zur Energieerzeugung bekannte Windkraftanlagen bestehen aus einem Turm, an dessen Ende ein Rotor mit radial ausgerichteten Rotorblättern drehbar gelagert ist. Der auf die Rotorblätter auftreffende Wind versetzt den Rotor in eine Rotationsbewegung, die einen mit dem Rotor gekoppelten Generator zur Stromerzeugung antreibt. Durch ein entsprechend aerodynamisches Design der Rotorblätter ist man dabei bestrebt, einen möglich großen Wirkungsgrad zu erzielen, d.h. die dem Wind innewohnende kinetische Energie mit möglichst geringen Verlusten in elektrische Energie umzuwandeln. Ein Beispiel für eine solche Windkraftanlage ist in der
Kennzeichnend für derartige Windkraftanlagen ist, dass der Rotor meist zwei oder drei sich radial von der Rotornabe erstreckende Rotorblätter aufweist, so dass der sektorförmige Raum zwischen den Rotorblättern für die Erzeugung von Energie ungenutzt bleibt.Characteristic of such wind turbines is that the rotor usually has two or three radially extending from the rotor hub rotor blades, so that the sector-shaped space between the rotor blades for the generation of energy remains unused.
Für Investoren neuer Windkraftanlagen liegt es im Interesse, ihr Kapital in Windkraftanlagen mit bestmöglicher Effizienz anzulegen, um den maximalen wirtschaftlichen Nutzen zu erwirtschaften. Das Interesse der Betreiber bestehender Windkraftanlagen liegt darin, vorhandene Anlagen durch Nachrüsten effizienter zu machen.For investors in new wind turbines, it is in the interest of investing their capital in wind turbines with the best possible efficiency in order to achieve the maximum economic benefit. The interest of operators of existing wind turbines is to make existing plants more efficient by retrofitting.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bestehende Windkraftanlagen im Hinblick auf den erzielbaren Wirkungsgrad weiter zu entwickeln.Against this background, the object of the invention is to further develop existing wind turbines with regard to the achievable efficiency.
Diese Aufgabe wird durch einen gattungsgemäßen Rotor gelöst, der mindestens ein Tragelement aufweist, das zwischen Strebenwurzel und Strebenspitze an der Rotorstrebe befestigt ist, wobei das Tragelement quer zur Längsachse der Rotorstrebe ausgerichtet ist, und wobei an dem mindestens einen Tragelement mindestens eine aerodynamisch wirksame Luftschaufel angeordnet ist, die bei Anströmung durch Luft zur Erzeugung einer Antriebskraft geeignet ist.This object is achieved by a generic rotor having at least one support element which is fastened between the strut root and strut tip on the rotor strut, wherein the support element is aligned transversely to the longitudinal axis of the rotor strut, and wherein arranged on the at least one support element at least one aerodynamically effective air scoop is, which is suitable for the generation of a driving force in air flow.
Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Windkraftanlage mit einem solchen Rotor gelöst.Furthermore, the object is achieved by a wind turbine with such a rotor.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous developments emerge from the subclaims.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die dem Luftstrom innewohnende kinetische Energie besser zu nutzen, indem die dem Luftstrom zugewandte und dadurch für den Antrieb des Rotors wirksame Fläche maximiert wird. Dies gelingt gemäß der Erfindung durch Anordnung von Luftschaufeln, die im Wesentlichen über die gesamte von den Rotorstreben gebildete Rotorebene verteilt sind. Dem Luftstrom wird auf diese Weise eine vergrößerte Fläche zur Erzeugung einer Antriebskraft für den Rotor zur Verfügung gestellt und damit der Wirkungsgrad eines erfindungsgemäßen Rotors erhöht.The basic idea of the invention is to make better use of the kinetic energy inherent in the air flow by maximizing the area facing the air flow and thus effective for driving the rotor. This is achieved according to the invention by arranging air blades, which are distributed substantially over the entire rotor plane formed by the rotor struts. The air flow is provided in this way an enlarged area for generating a driving force for the rotor and thus increases the efficiency of a rotor according to the invention.
Unter anderem zeigt sich dabei als Vorteil der Erfindung, dass nicht nur neue Windkraftanlagen in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet sein können, sondern dass bestehende Strukturen wie zum Beispiel vorhandene Windkraftanlagen oder Strommasten genutzt werden können. Diese werden nachträglich zur Erfindung aus- bzw. umgerüstet, was einen beträchtlichen wirtschaftlichen Vorteil mit sich bringt.Among other things, it shows as an advantage of the invention that not only new wind turbines can be designed according to the invention, but that existing structures such as existing wind turbines or electricity pylons can be used. These are retrofitted to the invention or retrofitted, which brings a considerable economic advantage.
Die Tragelemente bestehen vorzugsweise aus einem oder mehreren zur Rotationsachse konzentrischen Tragringen, die jeweils an den Rotorstreben befestigt sind. Auf diese Weise ist eine über den Rotorumfang gleichmäßige Verteilung der Luftschaufeln über die gesamte vom Rotor bestrichene Kreisfläche möglich. Alternativ dazu können die Tragelemente auch geradlinig von Rotorstrebe zu Rotorstrebe verlaufen, woraus sich ein polygonartiger Verlauf ergibt.The support elements preferably consist of one or more concentric to the axis of rotation support rings, which are each attached to the rotor struts. In this way, it is possible to distribute the air blades uniformly over the rotor circumference over the entire circle surface swept by the rotor. Alternatively, the support elements can also extend straight from rotor strut to rotor strut, resulting in a polygonal course.
Die Rotorstreben und/oder die Luftschaufeln können dabei gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein aerodynamisches Querschnittsprofil aufweisen, das mit seiner Druckseite dem Luftstrom zugewandt ist und bei Luftumströmung ähnlich dem Tragflügelprofil eines Flugzeugs eine Vortriebskraft erzeugt.The rotor struts and / or the air blades can according to a first advantageous embodiment of the invention have an aerodynamic cross-sectional profile, which faces the air flow with its pressure side and generates a propulsion force similar to the airfoil profile of an aircraft in air flow.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden die Luftschaufeln im Wesentlichen von Flächenelementen gebildet, die aufgrund ihrer Neigung gegenüber der Ebene des Rotors eine Vortriebskraft auf den Rotor ausüben. Die Flächenelemente können dabei plan ausgebildet sein, was deren einfache Herstellung gewährleistet, oder aber auch wannenförmig, um die der Luftströmung innewohnende kinetische Energie besser aufnehmen und umwandeln zu können.According to an alternative embodiment, the air blades are essentially of Surface elements formed, which exert a propulsive force on the rotor due to their inclination relative to the plane of the rotor. The surface elements can be designed plan, which ensures their ease of manufacture, or even trough-shaped to absorb the air flow inherent kinetic energy better and convert.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Luftschaufeln über Halterungen schwenkbar an den Tragelementen gelagert. Das eröffnet die Möglichkeit mittels Stellelementen die Neigung der Luftschaufeln gegenüber der Rotorebene einstellen zu können. Vorzugsweise sind dabei die Luftschaufeln über Stellelemente in Form von Federelemente in ihrer Position gehalten, die bei Überlastung infolge starken Winds oder Sturms ein Nachgeben der Luftschaufeln erlauben und so einen wirksamen Schutz vor Beschädigung bieten. Bevorzugt sind die Federelemente mit Dämpfungselementen gekoppelt, um ein Oszillieren der Luftschaufeln im Luftstrom zu verhindern.In a further advantageous embodiment of the invention, the air blades are mounted on holders pivotally mounted on the support elements. This opens up the possibility of adjusting the inclination of the air blades relative to the rotor plane by means of adjusting elements. Preferably, the air blades are held in their position by means of adjusting elements in the form of spring elements, which allow for overload due to strong wind or storm, a yielding of the air blades and thus provide effective protection against damage. Preferably, the spring elements are coupled with damping elements in order to prevent oscillations of the air blades in the air flow.
Die Stellelemente können alternativ auch von Aktoren gebildet sein, die zur Einstellung einer vorbestimmten Neigung der Luftschaufeln manuell oder elektronisch betätigt werden.The adjusting elements may alternatively also be formed by actuators which are manually or electronically actuated for setting a predetermined inclination of the air blades.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawings, wherein further features and advantages of the invention will become apparent.
Es zeigt
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1 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Rotor, -
2 einen Schnitt durch eine Luftschaufel entlang der in1 dargestellten Linie II - II, -
3 einen Schnitt durch eine Luftschaufel entlang der in1 dargestellten Linie III - III, und -
4 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Rotor entlang der in1 dargestellten Linie IV - IV.
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1 a view of a wind turbine according to the invention with a rotor according to the invention, -
2 a section through an air scoop along the in1 shown line II - II, -
3 a section through an air scoop along the in1 represented line III - III, and -
4 a section through a rotor according to the invention along the in1 shown line IV - IV.
Weiter sieht man in
Das äußere Tragelement
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weisen die Luftschaufeln
In
Darüber hinaus zeigt
Mittels Halterungen
Um das Flächenelement
Vorzugsweise wird das Stellelement
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Stellelement
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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